c - 在 C 中，如何计算两个 48 位无符号整数之间的有符号差？

Question

我从一个无符号的 48 位纳秒计数器中得到了两个值，它们可能会回绕。

我需要两次的差值(以纳秒为单位)。

我想我可以假设读数是在大致相同的时间获取的，因此在两个可能的答案中我认为我可以安全地取最小值。

它们都存储为 uint64_t。因为我不认为我可以拥有 48 位类型。

我想计算它们之间的差异，作为一个带符号的整数(大概是 int64_t)，考虑到包装。

例如如果我从

x=5

y=3

然后 x-y 的结果是 2，并且如果我同时增加 x 和 y 将保持不变，即使它们覆盖了最大值 0xffffffffffff

的顶部

类似地，如果 x=3，y=5，则 x-y 为 -2，并且每当 x 和 y 同时递增时都会保持不变。

如果我可以将x、y 声明为uint48_t，并将差值声明为int48_t，那么我认为

int48_t diff = x - y; 

就可以了。

如何使用可用的 64 位算法模拟此行为？

(我认为任何可能运行它的计算机都会使用 2 的补码算法)

附言我可能可以解决这个问题，但我想知道是否有一个很好的标准方法来做这种事情，下一个阅读我的代码的人能够理解。

P.P.S 此外，此代码将以最紧密的循环结束，因此能够高效编译的东西会很好，因此如果必须做出选择，速度胜过可读性。

Answer 1

您可以通过在任何算术运算后屏蔽掉 uint64_t 的前 16 位来模拟 48 位无符号整数类型。因此，例如，要计算这两个时间之间的差异，您可以这样做:

uint64_t diff = (after - before) & 0xffffffffffff;

即使计数器在过程中回绕，您也会得到正确的值。如果计数器没有环绕，则不需要掩蔽但也无害。

现在，如果您希望编译器将此差异识别为有符号整数，您必须 sign extend 第 48 位。这意味着如果设置了第 48 位，则数字为负数，并且您要设置 64 位整数的第 49 位到第 64 位。我认为一个简单的方法是:

int64_t diff_signed = (int64_t)(diff << 16) >> 16;

警告:您可能应该对此进行测试以确保它有效，并且还要注意当我将 uint64_t 转换为 int64_t 时存在实现定义的行为，并且我认为当我将带符号的负数向右移动时存在实现定义的行为。我相信 C 语言律师可以想出更强大的东西。

更新:OP 指出，如果将取差和符号扩展的操作结合起来，则不需要屏蔽。看起来像这样:

int64_t diff = (int64_t)(x - y) << 16 >> 16;